Moteur Atmosphérique Cyclique.

INTRODUCTION
HISTORIQUE
PRESSION DU GAZ
TRAVAIL
DESCRIPTION
CYCLE
ÉNERGIE
DYNAMIQUE
ENVIRONNEMENT
CONCLUSION

Autre sujet: CENTRALE SOLAIRE SPATIALE

Qu’est ce qu’un Moteur atmosphérique cyclique ? C’est avant tout, pour l’instant, une idée d’un prototype de démonstration. Qui pourrait, si cela fonctionne, extraire un travail de la pression qu’exerce un fluide sur ce même moteur, dans ce qui nous concerne ici, le fluide étant l’atmosphère. Nous allons voir l’historique de machine atmosphérique, un peut de théorie, une description de mon invention, ainsi que son principe de fonctionnement, et ses effets possible sur l’environnement .

Car je tiens, a dire que le but pour lequel j’ai imaginé ce moteur est la lutte à l’effet de serre. En effet si on parvient grâce à ce dispositif à avoir moins recours aux combustible fossile, ont limitera la quantité de gaz à effet de serre émis dans l'atmosphère.

Les sociétés industrielles ont de manière intensive, au cours de 100 dernières années, contribuées au réchauffement de l’atmosphère. Étant en surplus de chaleur et de gaz à effet de serre. Si un dispositif pourrait à la fois de diminuer la quantité de gaz à effet de serre émit, et de refroidir l’atmosphère, pour compenser l’effet de réchauffement, tout en faisant fonctionné les différents appareils qui nous sont indispensable, (automobile, train, camion, bateau, électricité pour les différentes usages, et une foule d’autre utilisation possible.) je crois que sa serait un progrès significatif. 

HISTORIQUE

On peut lire dans `` le livre mondial des inventions `` , à la section # les sciences # changement d’état, ainsi qu’à la section biographique.

Il est écrit a la section ; Vide ( 1654 )

En 1654, l’ingénieur allemand Otto von Guericke ( et on réfère a sa bibliographie, ou on apprend que :Qu'il est né en 1602, qu'il a fait des études universitaires, et qu'il se passionnait pour le vide et l'infini. Et qu'il est mort a l'âge respectable de 84 ans. ), mit au point la première pompe à vide et la présenta à la noblesse du Saint Empire. Il eut l'idée d'accoler deux hémisphères creux en bronze de 50 cm de diamètre. Il réalisa le vide dans la sphère Ainsi formée et fit atteler deux chevaux à chaque hémisphère. Les chevaux tirèrent: rien ne se produit. Il fit ajouter deux autres chevaux: toujours rien. À la stupéfaction générale, il fallut huit chevaux attelés à chaque hémisphère pour parvenir à les séparer.

Et aussi, qu'avec deux hémisphères en forme de boule. Celle-ci, munie, en haut, d'un robinet, était rattachée en bas à une pompe. L'air devait être complètement pompé par deux aides collaborant à l'expérience. C'est alors que les trois hommes virent la boule se recroqueviller soudain avec un bruit de tonnerre: c'était la première fois qu'un savant pouvait constater avec ses yeux ( et surtout avec ses oreilles ) la violence de la pression atmosphérique.

Et aussi, à la section # les technologies # la Révolution industrielle

Première machine atmosphérique ( 1661 )

En 1654, le physicien allemand Otto von Guericke, fit une expérience spectaculaire ( avec la première pompe à vide, qu'il avait inventée ) qui prouva la puissance de la pression atmosphérique. Puis, en 1661, il inventa une machine composée d'un cylindre métallique dans lequel se mouvait un piston. Grâce à sa pompe, il créa le vide dans le cylindre et, tout naturellement, le piston s'enfonça dans le tube en soulevant une charge par l'entremise d'une corde et d'un jeu de poulies. Pour la première fois, la pression atmosphérique effectuait un travail.

On comprend de ces descriptions, qu'il est possible de faire effectuer a la pression atmosphérique un travail. Et que le travail éventuelle sera important. Nous savons aujourd'hui, que la pression qu'exerce l'atmosphère sur les objets est en moyenne de un atmosphère qui équivaux à 101 325 Newton / mètre carré ( N/m2 ). Pourquoi ne sommes nous pas écraser par une telle force, tous simplement parce que dans la vie quotidienne les pressions sont en moyenne équilibré, ( l'intérieur de notre corps est à la même pression que l'extérieur ) ce qui n'est pas le cas lorsqu'il y a une différence dans les pressions extérieure et intérieure d‘un objet…

QU'EST CE QUI CAUSE, LA PRESSION D'UN GAZ ?

On peut dire, que la pression qu'exerce un gaz sur un objet est dû à la nature de ce même gaz, c'est à dire aux molécules qui le constitue et qui sont en mouvement ( agitation thermique ), et s’entrechoque. La pression prend naissance dans les chocs qu'ont les molécules en mouvement du gaz, avec les molécules de l'objet sur lequel elle entre en collision. A notre échelle, la force qu'exerce ces chocs moléculaire sont extrêmement faible, Mais c'est leurs très grands nombres de collisions, qui font que la pression atmosphérique est une force significative. Et toujours à notre échelle, ont peut considérer la pression atmosphérique comme étant une force constante, en moyenne, compte tenue du grands nombres de collisions.

COMMENT PEUT-ON EN EXTRAIRE UN TRAVAIL ?

Imaginons un enceinte constitué d'un anneau rigide, relier au bâti du mécanisme.

Une surface rigide servant de piston ( cible pour les molécules de l'air ) est disposé à l'intérieur de l'anneau, le tout est recouvert d'un étanchéité dynamique qui permet le mouvement de la cible. Tout en maintenant l'intérieur de l'enceinte sous vide.

Comment calculé la force que pourrait exercé l'atmosphère sur un tel objet ? Je crois que le moyen le plus simple est de prendre le modèle mécanique du vérin à double effet :

La force exercé sur la tige est donné par la formule :

F = A1.p1-A2.p2

F est la force résultante

A1 est la surface de la piston

P1 est la pression dans 1

A2 est la surface de la piston

P2 est la pression dans 2

Si A1=A2=A

Ont à :

F=A( p1-p2)

Maintenant si au lieux d'un enceinte (p1), ont met en contacte le piston avec l'atmosphère, la pression (p1) devient donc égal à la pression atmosphérique, donc p1=101 325 Newtons/mètre carré. Et si dans l'autre enceinte (p2) on fait le vide, donc p2= près de 0 Newton/mètre carré.

Ce qui fait pour un mètre carré (m2)

F=1m2. ( 101 325 N/m2- 0 N/m2)

Donc F=101 325 Newtons

Ce qui en ferait une puissance comparable au moteur à explosion, et le dispositif final serait aussi compacte.

DESCRIPTION DU MOTEUR.

L'enceinte est relié à une pompe à vide, ainsi qu'a un robinet permettent l'entrer d'air dans enceinte lors que l'ont a plus besoin de puissance. Pour fixer le moteur, des gouttières épousant la forme de l'anneau ( le contour du moteur ), forme un liens fixe entre le moteur et soit une position statique ou relier a la structure d'un mobile. Ces gouttières sont en contact avec l'étanchéité dynamique et cette dernière est en contact avec l'anneau, ce qui peut être un moyen d'absorbé des vibrations. À l'intérieur de l'anneau, deux pistons disposé de chaque coté, sont constitué de structure rigide pour obtenir une surface relativement grande en contact avec le milieu ambiant. Une étanchéité dynamique recouvre en totalité ou en partie l'extérieur du moteur, permettent de maintenir un vide partiel à l'intérieur de la machine, l'on peut visé un maintient de la durée du vide, équivalente au temps que des pneus de voiture reste gonflé. Et cette étanchéité permet le mouvement prédéterminé des pistons.

Pour ce qui est de la sortie a l'extérieur de l'enceinte de la puissance, je vois deux possibilité soit directement un arbre tournant transmet son mouvement a l'extérieur de l'enceinte.

Soit un système de production de courant électrique a l'intérieur du moteur atmosphérique ( alternateur, générateur, etc. ) relié à l'arbre tournant de la transmission produirait de l'énergie qui serait distribué par des fils électrique permettra plus facilement de rendre étanche le dispositif.

Une transmission relirait les pistons et l'arbre tournant, elle serait constitué d'un ensemble de: bielle coulissante relier au piston et muni d'un doigt rétractable, à l'autre extrémité la bielle est relié à un vilebrequin, qui transmet la force qui s'exerce sur le piston lorsque l'enceinte est sous vide, à l'arbre tournant ainsi qu'au volant d'inertie ( qui a la double utilité d'accumulateur d'énergie cinétique et de permettre d'évité les points mort dans le système bielle- vilebrequin ) . Le vilebrequin, qu'il faudra éventuellement équilibré avec des masselottes, est aussi équipé d'excroissance, qui est utilisé comme came. Cette dernière pousse sur le galet relié au piston, à l'aide de l'énergie cinétique accumulé dans le volent d'inertie. Ce qui permet à la came de remettre en position de poussé le piston opposé, qui a sont tour fournira un travail et la reprise du cycle. Un bâti aussi fait le lien avec tous ses éléments.

Les matériaux ainsi que le niveau du vide devra être étudie en fonction de l'énergie dissipé à l'intérieur de l'appareil. Il faudra maintenir une quantité minimale de molécule d'air à l'intérieur du moteur, suffisante pour que la convection permette le transport l'énergie thermique dû à la friction des mécanismes internes, vers l'extérieur du moteur. Aussi parce que pour permettre le mouvement il faut généralement trois corps: les deux solides en mouvement l'un sur l'autre et un troisième qui serre de lubrifiant, ici l'air raréfié servant de lubrifiant. Car, comme ont la expérimenté dans l'espace, deux solides en contact dans un vide presque parfait sans lubrification, colle l'un sur l'autre et ne permet pas le mouvement.

CYCLE

Ces quatre schémas représente le moteur atmosphérique cyclique vue de profil et vue du dessus.

1. Le premier schéma représente le début plus ou moins arbitraire du cycle: La came vient de finir de poussé sur le galet du piston # G ( gauche ), ce qui a eu pour effet d'éloigné le piston # G du bâti du moteur et de faire coulissé la bielle # G et d'enclenché le doigt # G soulevé par un ressort . Du coté opposé # D ( droit )une entrave relié au bâti du moteur fait coulissé le doigt # D ce qui a pour effet de faire coulissé librement la bielle # D. le piston # D est en fin de parcours et repose sur le bâti du moteur. Le piston # D reposant sur le bâti la force de la pression atmosphérique est réparti sur le bâti. On considère donc que aucune force du coté # D n'intervient sur la transmission. Au contraire le piston du coté # G lui pousse sur le vilebrequin, avec une force proportionnel à la surface du piston et à la différence de pression entre l'atmosphère et le vide partielle règne à l'intérieur du moteur.

2.L'étape suivant montre que le piston # G pousse toujours sur la transmission ( fournissant un travail ) , et que le piston # D n'intervient pas dans le mouvement interne du moteur.

3.Cette étape montre la recharge du piston # D. Le piston # G est en fin de parcours, le doigt # G permet toujours au piston # G de pousser sur le vilebrequin. La came pousse sur le galet # D et commence à remettre en position le piston # D. On remarquera que lors de cette étape les deux pistons pousse sur le vilebrequin, on peut donc grossièrement considérer comme étant en équilibre les forces opposées des pistons. Il reste alors l'énergie cinétique accumulé dans le volant d'inertie, qui force le mouvement du vilebrequin, ainsi que celui de la came, remettant en position le piston # D. Il faudra étable une séquence, pour ce qui est du retrait du doigt # G, ainsi que de la mise en fonction du doigt # D. Qui permettra cette fois au piston # D de pousser sur le vilebrequin ( travail ), et au piston # G de ne pas intervenir dans le mouvement du moteur, car il est a son tour appuyé sur le bâti du moteur ( équilibre statique ), et que la bielle # G se rétracte librement permettant le mouvement du vilebrequin, et de maintenir au repos le piston # G.

 

4.La planche 4 montre la poursuite du mouvement de rotation: Le piston # D pousse sur le vilebrequin, tandis que du coté # G la bielle coulisse ( n'intervient pas dans le mouvement ). Dans la poursuite du cycle, l'étape 3 est repris pour cette fois pour le coté # G, puis de nouveau l'étape 1, ce qui complète le cycle du moteur.

C'est de cette manière, que pourrait ce déroulé le mouvement d'un moteur atmosphérique cyclique, il suffirait lors du mouvement du moteur de prélever une partie de l'énergie cinétique non- nécessaire au maintient du mouvement, pour produire de l'énergie à partir de la pression atmosphérique.

ÉNERGIE

Ont peut se demander comment, un tel mécanisme pourrais fournir de l’énergie utile, car étant symétrique, les deux pistons opposé déplace le même volume lors de la poussée et la recharge. La réponse est simple car le temps pendant lequel le piston pousse est plus long que le temps que met le piston opposé à se rechargé, il y a donc plus de chocs des molécules de l’air ( énergie cinétique )qui entre en collision avec le piston lors de la poussée, que lorsque l’autre piston s’oppose à la pression atmosphérique ( recharge ).

La variation d’énergie cinétique est proportionnelle à la masse moyenne des molécules de l’air, par leurs nombres moyens ayant une certaine vitesse, par cette vitesse au carré, par la surface de piston, par le temps. On peut par une formule proche de celle ci, déterminé l’énergie cinétique que pourra extraire de l’atmosphère, un tel dispositif.

Le renouvellement des molécules qui provoquent les chocs sur les pistons assure une pression ( donc une force ) presque constante, c'est un apport constant d'énergie constamment renouvelé par l'atmosphère. Mais qui peux varier faiblement, cette variation est fonction de la température de l’air ainsi que de l’altitude ou se trouve le moteur et de certain facteur météorologique ( variation de la pression atmosphérique ).

DYNAMIQUE

Il peut être important de fournir un mouvement d’entraînement à l’arbre du moteur atmosphérique cyclique lors de sa mise en marche, qui pourrait être un mouvement qui serait fournit par un alternateur ou un générateur , qui normalement transforme le mouvement mécanique du moteur en électricité. En inversant les producteurs de courant électrique pour en faire des moteurs d‘entraînement. Et en suivant une procédure prédéterminé au démarrage, en faisant le vide dans l’enceinte tout en fournissant un mouvement d’entraînement à l’arbre, qui permettra de lutté contre les points morts ( système bielle-vilebrequin ), et fournira de l’énergie cinétique au volant d’inertie pour débuter le mouvement nécessaire au fonctionnement du moteur. Une fois le niveau de mouvement prédéterminer atteint, le prélèvement d’énergie sur le système pourra commencé. Pour attendre les niveaux de fonctionnement optimal déterminé en fonction de tous les paramètres du moteur.

EFFET SUR L’ENVIRONNEMENT

L’effet principale sur l’environnement serait de faire fonctionné les différents dispositifs et moyen de transport, sans consommation de combustible fossile ou d’utilisation d’énergie nucléaire, donc moins de pollution et principalement de gaz à effet de serre, et aussi de limité l’énergie dissipée lors du fonctionnement des moyens actuelles de production d’énergie.

Pour déterminer l’effet réel sur l’environnement, il faudra tous d’abord faire fonctionné le moteur. Une fois cela réussit il faudra placé un moteur atmosphérique cyclique dans une enceinte adiabatique ( n’échangent pas de chaleur avec le milieux extérieur ) et étanche, le moteur étant relié à un élément chauffant ( toujours à l’intérieur de l’enceinte adiabatique ) dissipent l’énergie du moteur. On pourra voir l’évolution de la température lors du fonctionnement de l’ensemble.

Je vois deux scénarios principale possible, soit la température à l’intérieur du contenant reste stable soit elle monte. Si elle reste stable cela veux dire que l’énergie cinétique des molécules de l’air contenu dans le contenant, qui est utilisé par le moteur puis convertie en chaleur par l’élément chauffant ainsi que dissipé par le moteur, reste stable. L’énergie prélevé à l’air est égale a l’énergie dissipé par le système, ce qui ferrait qu’un tel système serait fermé.

Dans le deuxième scénarios la température à l’intérieur de l’enceinte adiabatique augmente. Dans ce scénarios le système est quand même bénéfique car pour une même fonction, il n’émet pas de gaz à effet de serre, ainsi que d’énergie de combustion. De plus l’énergie étant consommé sur place et sans transport de combustible, des activités comme exploré, exploité, transporté, raffiné et distribué le combustible fossile ne sont plus nécessaire. Ce qui diminue l’effort énergétique nécessaire ainsi que la quantité de gaz a effet de serre libéré dans l’atmosphère.

Il serait aussi possible que certaine application du moteur ne dissipe pas en totalité l’énergie prélevé à l’atmosphère,

Et que par conséquence intervient un phénomène de refroidissement.

CONCLUSION

Un tel moteur à pour but de solutionné un problème , l’effet de serre, et j’espère qu’il n’en causera pas d’avantage. Il est aussi évidant qu’il faut retravaillé le concept, cela serait surprennent qu’il fonctionne directement tel qu’il décrit dans ce texte. C’est pour quoi je me fit à ceux qui ont été séduit par ce concept, pour qu’il l’évalue, si cela leurs est possible, soit par simulation informatique ou directement par la construction de prototype. Si je réussit par se site a créé des élans de créativités, chez des savants, ingénieurs, étudiants, inventeurs ou d’autres personnes, mon but sera atteint. Il est aussi évident que le but n’est pas de ce passé totalement des combustibles fossiles, qui serons toujours utile, mais dans diminué la consommation excessive, qui cause de graves problèmes environnementaux.

Critique et commentaire
meldok@videotron.ca
Richard Gauthier
inventeur


Je tiens à attiré l'attention des lecteurs sur un nouveau développement, il semblerait qu'un certain Mr. Cherif Zoheir manuland@voila.fr , aurait inventé une centrale électrique utilisant des gradients de pression, c'est-à-dire la différence entre la pression atmosphérique et un vide poussé, pour produire une force mécanique s'exerçant sur un piston. Donc le rendement serait supérieur aux éoliennes ou à l'énergie solaire, tout en étant à la fois moins volumineuse et moins onéreuse.













QUELQUES IDÉES SUR LES CENTRALES SOLAIRE SPATIALE ET LA PROPULSION PHOTONIQUE.

INTRODUCTION
HISTORIQUE:-CENTRALE SOLAIRE SPATIALE
HISTORIQUE:-PROPULSION AU LASER
DESCRIPTION SU SYSTÈME
MISE EN SERVICE
SYSTÈME AU SOL
ENVIRONNEMENT
PROPULSION AU MICRO-ONDES
ACCÉLÉRATION DU PROSÈSCUS
CONCLUSION

Autre sujet: MOTEUR ATMOSPHÉRIQUE CYCLIQUE

Ce site n’as pour but, que de fournir quelques pistes de solution, pour le développement futur des centrales solaire spatiale. Ces dernière ont été imaginé, pour éventuellement fournir à la terre de l’énergie. L’énergie solaire étant une source presque illimité d’énergie renouvelable. Cette énergie serait capté dans l’espace, traité et retransmit sous forme de rayonnement micro-ondes en direction du sol, puis capté à l‘aide d‘une antenne qui la convertirait en électricité. Ce que je décrit dans ce texte est un système intégré de propulsion photonique et de mini-centrale solaire spatiale. Le perfectionnement à ce concept que j’apporte sera peut être, de le rendre réalisable avec les techniques actuelles ou en développement. Premièrement par la technique de propulsion qui pourrait ne plus être basé sur la propulsion chimique, mais sur un principe physique ( la propulsion au laser, et éventuellement au micro-ondes ), deuxièmement par un l’allégement de la centrale elle-même, et par la mise en service qui serait totalement automatique ( ne nécessitant pas d’assemblage dans l’espace ).

L’assemblage dans l’espace qui était traditionnellement envisagé, pour les grands projets de centrale solaire spatiale, prévoyaient de faire travaillé en orbite des centaines de travailleurs de l’espace. Ce qui implique un coût supplémentaire important aux niveau du transport des astronautes ainsi que de la mise en orbite des infrastructures pour les accueillir en orbite, ainsi que le ravitaillement de tous ce monde.

Ont peut faire un calcul rapide, si avec la propulsion au laser, par rapport à une même masse mis en orbite par des moyens traditionnels ( propulsion chimique ), on économise sur les coûts de lancement par un facteur 1000. Et que par allégement des structures ont économise sur la masse satellisé par un facteur 10, ( par l‘ajout d‘une pièce supplémentaire ( un réflecteur ) qui réduirait la masse de l’ensemble ) . Ce qui fait déjà une économie sur les coûts du projet d’un facteur 10 000, seulement pour c’est deux facteurs. Et il à été traditionnellement fixé comme seuil de rentabilité pour les centrales solaire spatiale une diminution dans les coûts de lancement d’un facteur 100. Donc si ce concept fonctionne, la rentabilité serait assuré. D’autant plus qu’il serait éventuellement possible de produire ces satellites en série, par des méthodes de production de masse.

Il est aussi envisageable d’utilisé la configuration de cette centrale solaire, pour l’appliquer sur des satellites plus traditionnels ( télédétection, météorologie, navigation, télécommunication, et autres ) pour augmenter la puissance desservent la charge utile de ces satellites. Il serait aussi avantageux au niveau environnementale, en fonction des risques d’explosion au décollage des lanceurs à propulsion chimique, et qui ont à leur bord une sonde spatiale comme charge utile, contenant des sources d’énergie nucléaire à leur bord. De remplacer ce système d’alimentation en énergie nucléaire par le principe de mini-centrale solaire spatiale fusionnée avec la sonde spatiale, pour les missions dans le système solaire extérieur.

Et finalement, il serait possible si le temps presse, de sauter la phase de propulsion au laser. Pour passé, par une phase de propulsion chimique, qui à chaque vole transporterait un nombre important de mini-centrale. Dans le but de faire une transition rapide vers la propulsion au micro-ondes, grâce à la focalisation de plusieurs mini-centrales solaire en même temps vers un véhicule photonique, qui lors de la phase d’implantation transporterait à son tour d’autres centrales solaires orbitales.

HISTORIQUE

Centrale Solaire Spatiale On peut dire, que la consommation mondiale d’énergie, pendant une année, équivaut à l’énergie solaire captée par la Terre en 40 minutes ! Le flux solaire dans l’espace proche est de 1400 watts au mètre carré, ce qui correspond à une énergie 40 % plus intense qu’à la surface de la Terre. Bref de l’énergie à profusion, sans gaz à effet de serre, ni déchets radioactifs, et renouvelable.

D’ou l’idée des centrales solaire spatiale, qui à mené à une avalanche d’études dans les années 70, soutenu par la crise pétrolière. Ce nouveau moyen de produire de l’électricité intéresse le ministère américain de l’énergie qui imagine en 1979, avec la Nasa, un projet colossal: soixante centrales solaire spatiale de 50 km2, chacune étant constitué de panneaux de cellules solaires, de dimension rectangulaire de 5 km par 10 km. Le tout placé en orbite géostationnaire à 35 800 km d’altitude, recevant presque en permanence du rayonnement solaire, L’énergie ainsi capter serait retransmit à la terre sous forme de micro-ondes, par une antenne directionnelle sur se même satellite. Pour traverser ensuite l’atmosphère ( avec une très faible perte ) et être capté par au niveau du sol par un antenne de réception, puis l’électricité serait consommé.

Dans , Le dictionnaire de l’espace, Larousse, il est écrit à la section centrale solaire spatiale:

Ensemble d’installations permettant la production industrielle d’énergie solaire captée dans l’espace et transmise au sol sous forme de micro-ondes

Encycl. Le concept de centrale solaire spatiale a été proposé en 1968 par L’Américain Peter E. Glaser. Fondamentalement, une telle centrale comprendrait: un satellite placé en orbite géostationnaire portant un générateur photovoltaïque, convertissant la lumière en courant continu; un système de transmission d’énergie hyperfréquence composé d’un ensemble d’émission porté par le satellite et d’un antenne de réception terrestre; un système de conversion transformant le courant continu reçu en courant alternatif et assurant son injection dans le réseau terrestre de distribution d’énergie électrique. Les études préliminaire déjà effectuées ont montré que ce concept est techniquement viable mais à un coût très difficile à évaluer et avec des problèmes écologique et institutionnels nécessitant encore des recherches approfondies. En raison des différents problèmes posés, le développement de centrales solaires n’apparaît guère envisageable qu’à l’échelle internationale. Selon les experts, de telles centrales pourraient être opérationnelles vers 2030.

Hyperliens:

http://www.ssi.org/sps.html

http://www.spacedaily.com/news/ssp-01a.html

http://spacefuture.com/archive/a_fresh_look_at_space_solar_power_new_architectures_concepts_and_technologies.shtml

http://www.space.com/businesstechnology/technology/solar_power_sats_011017-1.html

http://www.space.com/businesstechnology/technology/solar_power_satellite_000421.html

Propulsion au laser

Je ne ferai pas ici, un retour historique sur la conquête de l’espace. Si ce n’est, que tout les masses envoyé dans l’espace à ce jour l’on été par des systèmes de propulsion chimique. Qui consiste à faire réagir une ou plusieurs substances chimiques dans le but de crée un dégagement d’énergie, qui produit un jet propulsif ( gaz chauds ). Ce jet est dirigé vers l’arrière du lanceur, qui par réaction propulse ce dernier vers la direction désiré (vers l‘avant ).

Le concept de propulsion au laser a été introduit en 1972 par A. Kantrowitz, après des recherches intense entre le milieu des années 1970 et le milieu des années 1980, et a culminé avec la démonstration du fonctionnement dans le milieu des années 1990 par Mead et Myrabo.

Hyperliens:

http://www.space.com/businesstechnology/technology/laser_propulsion_000705.html

http://www.lightcrafttechnologies.com/

http://science.howstuffworks.com/light-propulsion.html

http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/115375.stm

http://www.cnn.com/TECH/9712/12/t_t/laser.propulsion/

Le principe de réaction est le même que pour la propulsion chimique, ce qui varie c’est le fait que l’énergie du jet propulsif ne provient plus d’une réaction chimique, mais de l’énergie d’un rayon laser, donc les installations de production du rayonnement sont à distance du lanceur. Ce rayon est dirigé vers le lanceur en mouvement, et produit soit en réaction avec un matériaux qui se sublime pour donner en jet propulsif sous l’action du laser ( propulsion au laser ablatif ).

Hyperliens ( propulsion au laser ablatif ):

http://pakhomov.uah.edu/Research.htm

http://www.spacetransportation.com/ast/presentations/4b_thomp.pdf

http://pakhomov.uah.edu/Minigrant.pdf

Soit le rayon laser ne fait que rentré en contacte avec le métal du lanceur ( de forme géométrique particulière ) , ce dernier baignant dans l’atmosphère, ce qui produit un dégagement d’énergie qui transforme l’air à proximité du vaisseau en jet propulsif. Cette dernière configuration permet de très grande économie du fait, que la masse de réactifs chimique et des structures pour les contenir, que doit transporté les lanceurs traditionnels, vas jusqu’à 85 % de la masse au décollage, cette masse est superflue dans ce type de propulsion et que l’énergie utilisé en propulsion au laser n’est que de la simple électricité, qui pourrait être produit à faible coût par les centrales solaire orbitale. De plus un tel système de propulsion, ne nécessite qu’une faible infrastructure au sol, et devrait permettre une cadence élevé de tire de satellite..

DESCRIPTION DU SYSTÈME

On peut décrire le lanceur utilisant la propulsion au laser, comme étant une coque, qui permet l’écoulement aérodynamique de l’air à sa surface, la partie arrière de la capsule permet de concentré le rayonnement laser, sur un anneau périphérique ou se produit la réaction de surface explosive entre le rayon laser et le lanceur, qui dilate l’air en contact avec la capsule, et ainsi propulse le tout.

Il peut être utile, pour obtenir une poussé plus important au décollage d’utilisé la propulsion au laser ablative. Le principe de fonctionnement est semblable à la propulsion au laser, a l’exception du fait que le jet propulsif n’est pas le fait uniquement de l’air chaud, mais d’un substance qui se sublime sous l’effet du rayon laser et produit une poussé plus important.

A l’intérieur de cette capsule, sera fixé la mini centrale solaire spatiale, elle sera installée dans son mode le plus compact possible, avec son centre de masse dans la partie inférieur de la capsule (pour éviter le basculement de la capsule lors de la phase de vole ) et avec le réflecteur ainsi que le mât rétracté. L’espace libre entre la centrale et l’intérieur des parois de la capsule pourra être comblé par un gaz, qui sera utilisé comme fluide propulsif, lors de la phase du lancement ou l’atmosphère se raréfie, en altitude.

La mini-centrale solaire spatiale, sera constituée d’un réservoir de ergol, qui pourrait être disposé près de l’extrémité avant du satellite, ou si le fait de mettre une masse à l’extrémité d’un mât peut aligné le satellite en direction du centre de la terre ( force gravitationnelle ), il faudrait plutôt opté pour des réservoirs multiple centré sur le centre de masse du satellite le long du mât. L’ergol sera consommé soit dans un moteur d’apogé, qui pourra s’allumé plusieurs fois pour un repositionnement de la centrale sur son orbite ou comme contrôle d’attitude, ce même ergol pourrait aussi joué le rôle de fluide pour allonger les différentes sections du mât télescopique et possiblement si il est compatible avec les matériaux de la voile pouvoir gonflé cette dernière. À proximité de ce réservoir des cellules photovoltaïques serait la cible des photons du rayonnement solaire, qui convertiront celui-ci électricité.

Un mât télescopique support mécanique du satellite éloignera à la fois les cellules solaire le réflecteur et l’antenne de transmission et de réception. L’éloignement des panneaux solaire du réflecteur permet d’optimalisé la courbure parabolique du réflecteur pour qu’il puisse attendre une surface maximale tout en permettant de focalisé le rayonnement sur une petite surface de cellules photovoltaïque. Tandis que l’éloignement du réflecteur de l’antenne permet à cette dernière d’augmenté l’angle selon laquelle elle peut s'orienter ( mouvement de l'antenne assuré par des palier magnétique ) pour transmettre les micro-ondes, sans que ce rayonnement ne frappe la voile solaire. Ce mât à aussi la double fonction de permet le passage du courant électrique entre les cellules solaire et l’antenne de transmission et tout en alimentent en électricité les autres systèmes du satellite. Un problème d’un tel dispositif serait le fait que le passage d’un courant électrique important dans un conducteur placé dans un champs magnétique ( champs magnétique terrestre ), produit une force latérale ( force électromagnétique ) qui pourrait modifié l’alignement de l’axe du satellite avec le soleil.

D'ou l’idée, d’utilisé un courant alternatif, ( qui traverse le mât ) et qui serrait produit par un oscillateur, le courant électrique alternant de valeur positif à négatif, ce qui ferait passé la force électromagnétique d'une direction à son opposé ( 180 ° de l'autre coté du mât ), inversion du sens du courant électrique, ce qui en moyenne, serrait l’équivalent de ce que ces deux forces s‘annuleraient, si la fréquence est suffisamment élever. Et ne devrait pas avoir d’influence sur l’orientation du satellite . Choisissant une fréquence tel que le mouvement mécanique n’est pas le temps de prendre de l'amplitude, diminuant ainsi le fatigue des matériaux du mât. Il faudrait aussi s'assurer que le phénomène d’auto-induction ne vienne pas perturbé l’électronique de bord, possibilité qu’un blindage de cette dernière soit nécessaire. Au centre du satellite, ce trouve le réflecteur , voile solaire double gonflable, ce réflecteur serait constitué de deux films de plastique extrêmement fins ( Mylar ou autre ), très léger environ 10 g/m2. Donc la partie servant de réflecteur serait aluminé et qui, dans un premier temps, lors du lancement, sera replié sous une forme très compacte et qu’une fois dans l’espace, ce déploierait pour refléter le maximum d’énergie solaire, ( surface efficace de captation des photons solaire ) tous en représentant une masse minimum. Pour obtenir la courbure et la tension désiré il suffirait de gonfler le tout avec un gaz introduit entre les deux films. Un système de déploiement devra être conçu pour permettre à la voile de maintenir à la fois sa courbure et un minimum de rigidité structurel.

Pour obtenir une certaine rigidité du réflecteur, quelques pistes de solution sont possible, comme exemple: Des montants rigides, imaginons l'équivalent d'une tente pour faire du camping, solution évidement plus difficile à mettre en œuvre, de manière automatique. Utilisant le fait que la partie arrière de la voile du satellite n'est pas exposé directement au soleil, lors du fonctionnement normal et ne reçoit du rayonnement thermique que presque exclusivement de l'albedo terrestre. Cette partie serait donc froide, on pourrait donc lors du déploiement de la voile, utilisé des tubes flexibles relié à cette partie du réflecteur, lors d'une phase du déploiement prédéterminé ou la courbure de la voile serait maintenu par la rotation du satellite sur lui-même et selon l'axe de ce dernier, ainsi que par le gonflement de la voile. Il suffirait alors d'introduire un liquide chaud dans ces tuyaux flexible fixe sur la partie arrière de la voile et qui ce solidifierait en refroidissant sous l'action du froid spatial, pour se transformer en montants rigides. Une autre solution serait de faire réagir chimiquement le gaz servant à gonflé le réflecteur avec un deuxième gaz, qui une fois ces deux derniers ( gouttelettes de résine ou autres substance ) en contact avec le film constituant la voile, la rigidifierait. Il faudrait aussi tenir compte du fait, que la probabilité de collision avec des météorites ou des débris spatiaux augmente quand la surface du satellite est plus grande, et qu'une telle collision avec la voile ne doit pas impliqué la fin de la mission s'il s'agit d'objet de petit taille.

La durée de vie des cellules photovoltaïques est limité par leurs détériorations due principalement au rayonnement ultraviolet du soleil, la diminution du rendement peut attendre 25% en un an, pour limiter cet effet il pourrait être utile de modifier le rayonnement solaire, avant qu’il n’atteigne les cellules solaire. On pourrait traité la surface aluminé du réflecteur avec une substance chimique, qui aurait comme propriété d’absorbé le rayonnement ultraviolet incident, et d’émettre un rayonnement de longueur d'onde différente ou dans une direction aléatoire, qui n’endommagerait moins les panneaux solaire. Ou soit l’utilisation d’une couche mince disposé sur le réflecteur et ayant des propriétés similaire.

Un autre avantage de cette conception, est que la pression de radiation du rayonnement solaire, induit des forces sur le satellite qui on tendance à l’auto-stabilisé dans le sens que lorsque l’axe du satellite n’est plus parallèle avec le rayonnement solaire, des moments de forces s’exerce à la fois sur le réflecteur, causé par le déséquilibre de la pression dû à l’ombre des cellules solaire ( avant du satellite ) sur le réflecteur, et aussi à la non symétrie de la pression de radiation exercé sur les cellules solaire par le rayonnement focalisé par le réflecteur, pression plus importante d’un coté des cellules solaires. Ces forces auraient tendance à corrigé l’orientation du satellite, ses moments de force ferait pivoté le satellite sur son centre de masse, pour éventuellement, après une certaine oscillation, aligné l’axe du satellite sur le rayonnement solaire. Il faudrait aussi évalué s'il est pertinent de permettre un meilleur écoulement des vents solaires, en laissant une ouverture à la basse du réflecteur solaire.

On peut aussi dire, qu'après réflexion sur la voile et être absorbés par les cellules solaire, les photons exerceront une pression de radiation. Similaire à celle qu'ils exerceraient sur une surface plane de panneaux solaire.

MISE EN SERVICE

La capsule sera propulsée par le rayon laser, jusqu’à ce que l’atmosphère soit suffisamment raréfié ou que le gaz contenu dans la capsule est été utilisée et que l‘altitude et la vitesse prédéterminé soit atteint. Une coiffe devrait permettre la sortie du satellite, et un système de propulsion éloignerait la centrale de la capsule. Il sera aussi possible, que le moteur principal soit utilisé comme moteur d’apogé, pour mettre la mini-centrale solaire spatiale sur son orbite définitive, une fois cette orbite atteint le satellite déploiera le mât et le réflecteur solaire.

Cette orbite sera sûrement dans les premiers temps une orbite basse, et aussi autre orbite possible l’orbite molnya permettrait de maintenir les centrales plus longtemps au dessus d’un point géographique, pour le desservir en énergie,ou héliosynchrone ( qui permet de conserver le plan de l'orbite dans un angle constant avec la direction Terre-Soleil )et éventuellement ce qui serait l'idéal une orbite géostationnaire.

À l’évidence pour une même demande d’énergie, si le satellite a une surface de captation plus petit ( donc moins puissant ) , il en faut un nombre supérieur pour combler cette demande et en plus s‘il défile sur une orbite basse au dessus d‘une antenne localisé en un point précis au sol, cela diminuant le temps pendant lequel il est possible de transmettre pour ce satellite sur une zone géographique donné, ce qui demande un nombre supérieur de centrale solaire. Ainsi pour éviter que des collisions se produise, il peut être utile de faire volé les mini-satellites en formation relativement serré, volant dans des corridors prédéterminé, qui se succéderaient au-dessus d’un antenne de réception au sol, et qui selon des règles prédéterminé ou modifié depuis le sol selon la demande du réseau électrique. Il serra aussi important de modulé le faisceau de micro-ondes envoyé par chaque satellite ( plusieurs centrales transmettant en même temps de l’énergie sur la même antenne au sol ), pour que le système de réception au sol puisse savoir si le faisceau micro-ondes de chaque satellite pris individuellement est bien orienté sur l’antenne de réception et pouvoir ajusté l'antenne de transmission sur le satellite, en envoyant depuis le sol des informations par radio qui seraient traité par la centrale solaire et permettrait une orientation plus fine du rayonnement énergétique.

La sortie d'éclipse ( sortie de l'ombre de la terre ), peut posé des problèmes particulier, en particulier le fait que durant la partie de l'orbite ou le satellite est dans l'ombre de la terre, il n'y as pas de pression de radiation solaire sur le satellite pour l'auto-stabilisé, ce qui peut impliqué que l'orientation du satellite ne soit plus parallèle avec les rayonnement soleil, lorsque ce dernier est a nouveau illuminé. Il peut aussi arrivé que le nouveau rayonnement ne soit pas réparti uniformément sur la surface du réflecteur, lorsque la mini-centrale solaire est à nouveau irradié. Ce qui laisse croire qu'il pourrait être utile d'utilisé un autre système de contrôle d'attitude que le système de jet de gaz propulsif pour maintenir l'orientation du satellite, car ce système ne peut avoir une longue duré de vie. D'ou l'idée de peut être ajouté d'autres systèmes comme des volants d'inertie, ou autre dispositif gyroscopique. Il serait cependant possible d'évité d'ajouter des systèmes supplémentaire de contrôle d'attitude ( allègement du satellite ),tout simplement en modifient l'orbite. En utilisant l'orbite héliosynchrone ils devient possible à la centrale d'être éclairée constament par le soleil, et d'évité ainsi les périodes d'éclipses de terre.

Comme ont peut le voir sur ce schéma, le fait d’utilisé l’orbite basse, me permet pas un approvisionnement constant en énergie, car une partie du temps les satellites sont dans l’ombre de la terre, ce qui implique que la nuit les différentes zones ne serait pas desservie. Ont peut donc dire que l’alimentation électrique provenant des satellites ne se ferait qu’avant l’aube et juste après le crépuscule. Ce qui implique pour un approvisionnement en continu du réseau de distribution d’électrique que l’ont utilise des moyens d’accumulation d’énergie au sol, soit l’utilisation de moyen parallèle de production d’énergie, pour les périodes non couverte par les centrales. Une autre possibilité serait de placer les satellites sur une orbite géostationnaire, ce qui éviterait presque totalement les zones d'éclipse de l'installation, mais demanderait un apport supplémentaire d’énergie pour la satellisation des centrales.

SYSTÈME AU SOL

Les systèmes au sol, pourrait être les suivants premièrement un système de propulsion au laser. Qui devrait comprendre l’alimentation électrique, le laser, un système de focalisation et aussi un système de poursuit de la capsule par le rayon laser. Une fois la mini-centrale solaire spatiale est sortie de la capsule une communication radio devrait permettre de piloté le démarrage du moteur principal ( il pourrait aussi être possible que cette étape soit accomplie par la centrale solaire spatiale ), pour un ajustement de l’orbite, puis du déploiement du satellite, ainsi que son orientation face au soleil.

Des antennes de réceptions de grande envergure au sol, se succédant sur des territoires peut peuplé ( zone désertique , ou étendu d’eau ) selon leurs disponibilités et leurs proximités des centres de consommation de l’énergie, ils convertirait les micro-ondes des satellites en courant électrique. Il faudra que l’infrastructure au sol soit disponible pour capter le rayonnement micro-ondes envoyé par les centrales, et ces derniers satellites devront modulé individuellement leurs rayons énergétiques, pour qu’au sol des systèmes distribué à proximité de l'antenne de réception, puissent distinguer si chaque satellite est bien orienté vers l’antenne de réception au sol. Et d'autres antennes de télécommunications devront communiqué au différent satellite les données pour que ceux ci puissent modifié de manière fine l’orientation de leurs antennes de transmission de rayonnement micro-ondes.

Ce système de communication entre les satellites et le sol, devrait permettre la gestion de la demande en énergie, en déterminant en fonction de tout les variables, le temps que devrait transmettre de l’énergie a une antenne particulière au sol, chaque satellite.

Pour éviter toute collision dans l’espace entres des satellites ou les autres débris spatiaux, il peut être utile qu’il y est au sol un système de surveillance, qui modéliserait les orbites des différents objets, tous en vérifiant par divers moyens les orbites de ses même objets, qui éventuellement entrerait en conflit. Les réserves d'ergol devront toujours resté suffisante pour pouvoir modifié l'orbite de chaque satellite et pouvoir les désorbité en fin de vie pour qu‘il se consume dans l‘atmosphère terrestre et ne se transforme pas en débris spatiale.

Comme nous avons vue, il sera difficile au satellite pour un orbite base de transmettre de l’énergie la nuit. Un système d’accumulation d’énergie utilisant la dissociation de l’eau en hydrogène et en oxygène ( électrolyse ), pourrait accumulé de l'énergie, sous forme d'hydrogène moléculaire, qui seront utilisés lors de manque d’énergie ( période de non-transmission des centrales ) ou pour répondre à d'autres besoins énergétiques, en utilisant l’hydrogène comme carburant. Soit dans les moyens de transports, ou dans des postes fixes, dans piles à combustibles ou pour des moyens plus thermodynamique. Pour produire soit de l'énergie thermique, mécanique ou électrique

ENVIRONNEMENT

Le but premier du coté environnemental, est de fournir de l’énergie en quantité suffisante et pendant une durée presque illimité à l'échelle des civilisations humaines. Sans augmenté la quantité de gaz à effet de serre libérer dans l’atmosphère, ni produire de déchets nucléaire ou toxique, tout en limitant les effets néfastes sur l'environnement.

L’avantage d’utilisé la propulsion au laser et de réduire l’infrastructure dans l’espace, en comparant au projet traditionnel, qui prévoit de lancer de plusieurs centaine de lanceurs lourds du type Saturne 5 par année. Avec tout ce que entraîne comme coût économique, et bien sur écologique, car les lancement produise des gaz toxiques ( propulseur à poudre ), et aussi les propergols cryogénique ( principalement de l’hydrogène et de l’oxygène ) produirait une quantité importante de vapeur d’eau, qui agit comme gaz à effet de serre et ainsi annulerait les bienfaits écologique des centrales solaire spatiale utilisant la propulsion chimique pour être satellisé. Le fait aussi de satellisé les centrales en orbite géostationnaire ( projet de référence ), nécessite environ 20 % plus d'énergie pour lancer les centrales.

Autre point original de mon projet, le fait de ne pas nécessité de travailleurs de l'espace pour assembler les centrales, ce qui éviterait que ceux ci ne mettre leurs vies en danger. Que ce soit par des méthodes de propulsion risqué ( on n‘as qu‘à pensé aux accidents de navette spatiale ), par les conditions hostile de l'environnement spatiale, ou des taches délicates à effectué dans ce même environnement.

Autre facteur a tenir compte, l’encombrement des orbites et que ces satellites ne se transforment en débris spatiaux, il faudrait que les mini centrales solaire spatiale soit désorbiter lorsque leur durée de vie est terminé, pour ce faire deux méthodes me semble possible. Une première est active il s’agit de garder une quantité suffisante d’ergol pour la faire changé d’orbite, en utilisant son moteur principal et allez ainsi se consommé dans l’atmosphère terrestre. La seconde consiste a tenir compte lors de la détermination des orbites de ce facteur, et de mettre les satellites suffisamment bas pour que la friction due aux hautes couches de l’atmosphère freine naturellement les centrales, et qu’après une durée plus ou moins précise ceux-ci tombent tout simplement vers la terre pour si consumé.

Un des problèmes principaux de ce type centrale et de son orbite basse est le fait, de la difficulté de déterminer de manière suffisamment sécuritaire les zones qu’irradierons les centrales solaire spatiale, dans l’atmosphère, lors du déplacement de ces centrales et cela entraîne une difficultée au niveau du transport aérien et éventuellement pour les personnes à bord de ces avions. Pour éviter ce type de problème il serait possible de concevoir un système d'électrolyse de l'eau assisté par des photons ( inspiré du brevet No.: US 6,471,834 B2 , Photo-assisted electolysis appartus ), il pourrait utilisé des photons de longueur d'onde visible transmit par des lasers à bord des mini-centrales solaire spatiale, qui irradierait un dispositif au niveau du sol, spécialement conçus, pour un rendement maximum à cette longueur d'onde spécifique, ce dispositif pourrait être constitué comme première couche d‘anti-retour ( qui permettrait aux photons de pénétré le dispositif mais pas dans sortir ), puis une seconde couche servirait de radiateur. Plus spécifiquement, ce radiateur serait constitué d'un matériel transformant ces photons de longueur d'onde visible provenant des satellites en photon ultraviolet capable de dissocier les molécules d'eau. Puis il suffirait de capté les constituant dissocié de l'eau, avant qu'il ne s'associe à nouveau. En plus d'évité les risques du rayonnement micro-ondes, ont pourrait évité des équipements au sol inutile comme des immenses antennes de réception de micro-ondes, des systèmes de conversion et de transport du courant électrique, ainsi que d'électrolyse de l'eau. Le tout se passant dans une seule étape. Mais en contre partie il faudrait éloigné c'est dispositif des grands télescopes professionnel, pour éviter la pollution lumineuse.

Autre avantage à utilisé un rayonnement visible, est qu’avec un rayonnement micro-ondes existe un risque non négligeable que le fonctionnement de véhicules spatiaux ou tout simplement d’autres centrales solaires spatiale, soit perturbé si, ils croisent le faisceau de rayonnement micro-ondes de l’une de ces centrales de manière accidentelle. A première vu le rayonnement visible me semblerait moins dommageable.

PROPULSION AU MICRO-ONDES

Il m’est apparu possible, qu’un groupe de minis centrales solaire spatiale qui en même temps irradie un antenne au sol de rayonnement micro-ondes, auraient sûrement une densité d’énergie suffisante pour permettre un mode de propulsion au micro-ondes. Il suffirait que les antennes de transmission à bord des satellites soit plus précise et qu’un système de poursuit guide les faisceaux sur le véhicule spatiale pendant sa progression. Ce système de transport permettra possiblement d’augmenté la quantité de centrale satellisé, ainsi que de matériel divers, et aussi possiblement de servir de moyen de transport sécuritaire aux humains. Voici donc comment le décrit son inventeur:

Les vaisseaux photoniques

Leik Myrabo

Les vaisseaux spatiaux actuels emportent avec eux leur énergie. On réduirait considérablement le coût des voyages spatiaux en poussant les vaisseaux avec de la lumière laser ou avec des micro-ondes. Au cours des dernières années, des expériences financées par la NASA et par l'armée américaine ont démontré la faisabilité de vaisseaux spatiaux photoniques, poussés par un faisceau laser infrarouge pulsé, émis de la Terre. Les surfaces réfléchissantes du véhicule concentrent le faisceau en un anneau où il chauffe l'air jusqu'à une température d'environ 30 000 degrés (cinq fois la température de la surface solaire). La dilatation explosive de l'air ainsi chauffé engendre la poussée.

En utilisant un laser militaire à dioxyde de carbone de dix kilowatts, qui émettait 28 impulsions par seconde, Franklin Mead et moi-même avons propulsé une maquette d'une dizaine de centimètres de diamètre, stabilisée par rotation, à une hauteur de plus de 30 mètres en trois secondes. Nous avons le financement pour porter la puissance du laser à 100 kilowatts, ce qui permettra d'effectuer des vols jusqu'à 30 kilomètres d'altitude. Nos maquettes actuelles pèsent moins de 50 grammes, mais, d'ici à cinq ans, nous pensons accélérer un microsatellite de un kilogramme et l'injecter en orbite terrestre basse grâce à un laser classique de un mégawatt de puissance, et ceci pour quelques centaines de francs d'électricité.

Les maquettes que nous utilisons, en aluminium ordinaire, comprennent une coque, un capot en forme d'anneau et une partie arrière, formée d’une tuyère. Durant le vol atmosphérique, la section antérieure comprime l'air et le dirige vers l'entrée du moteur. Le capot annulaire reçoit le plus gros de la poussée. La partie arrière sert de miroir collecteur parabolique qui concentre la lumière laser infrarouge en un anneau, tout en fournissant une autre surface sur laquelle la sortie d'air chaud exerce sa pression. Le système est autostabilisé : si le vaisseau se déplace en dehors du faisceau, la poussée l'incline et le remet dans le droit chemin.

une maquette de vaisseau spatial photonique.a déjà volé à 30 mètres de haut au cour d'essais ; elle était propulsés par un laser de 10 kilowattes. Des système plus grands devraient pouvoir être mis en orbite.

Nous envisageons que des vaisseaux spatiaux photoniques de un kilogramme accélèrent ainsi jusqu'à environ Mach 5 et atteignent une altitude de 30 kilomètres, puis passent en mode propulsion en consommant de l'hydrogène liquide embarqué, lorsque l'air se raréfiera. Un kilogramme d'hydrogène devrait suffire pour mener le vaisseau en orbite. Un engin de 1,4 mètre de diamètre devrait injecter en orbite des microsatellites de 100 kilogrammes, en naviguant sur un faisceau laser de 100 mégawatts. Comme le faisceau que nous utilisons est pulsé, on devrait atteindre cette puissance en combinant plusieurs lasers. Ceux-ci lanceraient des satellites de communication et les "désorbiteraient" lorsqu'ils seraient devenus obsolètes.

Des astronefs photoniques de structure différente pourraient se déplacer vers leur source d'énergie, au lieu de s'en éloigner. Ces systèmes transporteraient des marchandises autour du Globe à faible coût. À la place de lasers, on pourrait aussi utiliser des faisceaux de micro-ondes. La densité de puissance des micro-ondes est inférieure à celle des lasers, de sorte que les véhicules devront être plus grands, mais les sources de micro-ondes sont beaucoup moins chères et plus faciles à adapter aux puissances élevées.

J'ai également conçu des vaisseaux plus élaborés; afin de transporter des passagers. Ces vaisseaux seraient plus adaptés pour le transport de marchandises lourdes, car ils engendrent leur poussée de manière plus efficace. Un miroir installé sur le vaisseau concentrerait, une partie de l'énergie Incidente en un point situé au-dessus du véhicule, à une distance égale à son diamètre. La chaleur intense y créerait " une pointe aérodynamique ", laquelle dévierait l'air qui arriverait sur le véhicule. La traînée hydrodynamique et l'échauffement du véhicule seraient ainsi réduits.

Ce vaisseau utiliserait une partie de l'énergie supplémentaire qui engendrerait de puissants champs électriques autour de la monture, ce qui ioniserait l'air ambiant. il utiliserait également des aimants supraconducteur pour créer d'intenses champs magnétiques dans cette région. Lorsque l'air ionisé traverserait les champs électriques et magnétiques ainsi créés, des forces magnétohydrodynamiques accéléreraient l'air, ce qui créerait une poussée supplémentaire.

Une station orbitale à énergie solaire (en haut, à gauche) Pourrait faire monter en Orbite un astronef photonique en lui envoyant de l'énergie sous forme de micro-ondes (à droite). L'astronef serait propulsé par une poussée magnétohydrodynamique. Il concentrerait l'énergie des micro-ondes et créerait une " pointe aérodynamique " qui dévierait le flot d'air. Des électrodes placées, sur la monture du véhicule ioniseraient l'air et accroîtraient la poussée par magnétohydrodynamique.

En variant la quantité d'énergie émise vers l'avant, le vaisseau spatial photonique commanderait le flux d'air autour du véhicule. En avril 1995, à l'aide d'une pointe aérodynamique placée dans un tunnel à choc hypersonique, j'ai étudié la réduction de la résistance à l'avancement avec une torche à plasma chauffé électriquement à la placé du laser. Les essais de magnétohydrodynamique, pour un engin de 15 centimètres de diamètre, viennent de commencer. Un vaisseau spatial photonique de ce type de la taille d'un homme, propulsé par micro-ondes ou par un laser pulsé de 1000 mégawatts devrait fonctionner jusqu'à 50 kilomètres d'altitude et atteindre facilement les vitesses orbitales.

Les astronefs photoniques pourraient révolutionner le transport spatial s'ils sont envoyés à partir de stations orbitales alimentées à l'énergie solaire. Toutefois, le coût d'assemblage de l'infrastructure orbitale devra être réduit, à moins de quelques centaines de francs par kilogramme (pour des lanceurs classiques, il est aujourd'hui de 120 000 francs par kilogramme de charge utile).

Pour réduire les coûts, je propose que l'on construise une station orbitale fonctionnant à l'énergie solaire. Imaginez une structure de un kilomètre de diamètre construite comme une roue de bicyclette géante, en orbite à 500 kilomètres d'altitude. Sa masse serait de l'ordre de 1000 tonnes, et une lente rotation sur elle-même la stabiliserait par l'effet gyroscopique (un objet qui tourne conserve mieux son orientation). Outre des " rayons " structuraux, la roue comporterait un disque constitué de 55 grands quartiers en carbure de silicium d'une épaisseur de 0,32 millimètre. Sur l'une des faces de chaque quartier, un panneau photovoltaïque d'un rendement de 30 pour cent fournirait 320 mégawatts d'électricité (de tels systèmes devraient voir le jour d'ici une décennie). Sur l'autre face, 13,2 milliards d'émetteurs miniatures à semi-conducteurs, chacun d'une largeur de 8,5 millimètres seulement, produiraient un faisceau micro-ondes de 1,5 watt.

Les pesantes fusées chimiques actuelles pourraient placer en orbite cette structure en 55 lancements, pour un coût total de 30 milliards de francs. La station serait mise en rotation par un système de stockage d'énergie formé de deux câbles supraconducteurs, chacun d'une masse de 100 tonnes, qui pourraient être chargés par des courants électriques opposés. (Cette disposition éliminerait le gigantesque couple magnétique engendré par un câble unique.)

En deux rotations autour de la Terre, la station chargerait entièrement ce système de 1800 gigajoules d'énergie. Elle rayonnerait ensuite 4,3 gigawatts, sous la forme de micro-ondes, vers des vaisseaux spatiaux photoniques à une distance de plus de 1000 kilomètres. Des couples mécaniques engendrés par le transfert de petites quantités de courant d'un câble à l'autre permettraient d'orienter la station, mais la commande précise des astronefs serait assurée par des balises embarquées qui enverraient des signaux de coordination des émetteurs individuels de la station, ce qui créerait une plage de dix mètres de diamètre sur le site de lancement. Les astronefs atteindraient l'orbite en moins de cinq minutes : leurs occupants seraient soumis à une accélération d'à peine trois fois l'accélération de la pesanteur, environ la même que celle subie par les astronautes de la navette spatiale. La station à l’énergie solaire pourrait également émettre la totalité de son énergie dans une décharge de 54 secondes, qui offrirait une poussée verticale de Presque 20 fois l'accélération de la pesanteur vers l'orbite géostationnaire ou même pour atteindre la vitesse de libération du champ gravitationnel terrestre.

La première station orbitale à énergie solaire ouvrira la vole à toute une industrie de stations orbitales, lancées et assemblées à partir de vaisseaux spatiaux photoniques spécialisés. D'ici à quelques décennies, une flotte de ces vaisseaux permettra d'effectuer des voyages rapides et à faible coût autour du Globe, vers la Lune et au-delà.


Leik Myrabo enseigne la physique pour l'ingénieur à l'Institut polytechnique Rensselaer (New York).

ACCÉLERATION DU PROSÈSCUS

Il m’est apparus aussi possible, que si le temps presse en regard de l’effet de serre. De sauté l’étape de la conception et de l’utilisation de la propulsion au laser, pour dans une première phase, utilisé ce que l’ont connaît déjà, et que l’ont sait fonctionné, la propulsion chimique. Ont pourraient intégré sous la coiffe d’un lanceur traditionnel, une quantité importante de mini-centrales, qui serait satellisé et déployé, pour fournir de l’électricité au réseau de distribution, mais aussi de permettre l’utilisation de la propulsion au micro-ondes. Cette phase de propulsion chimique étant plus onéreuse, elle serait rapidement remplacé par la propulsion au micro-ondes, qui après une certaine période de développement et d’implantation, prendrait le relais dans le déploiement de l’infrastructure spatiale.

CONCLUSION

La tendance dans l'évolution des systèmes mécaniques est une augmentation de la puissance et de la fiabilité, je croix que si de tels systèmes voit le jour, cette tendance ce vérifiera. Un tel dispositif permettra de répondre en partie au besoin énergétique de l'humanité, tous en permettant de développer des moyens de transport spatiale fiable, qui ne transporterons pas avec eux de grande quantité de réactifs chimiques, qui peut, presque à tous moment les transformés en véritable bombe. Un système de transport photonique pourrait permettre une intensification de la conquête de l'espace, par un abaissement des coûts de lancement, que ce soit pour des systèmes robotisés ou biologique.

Il semble à première vue, qu'un tel système serait rentable, même si des études peuvent être nécessaire pour en avoir une plus grande certitude, et que beaucoup d'amélioration au concept seront nécessaire, avant que la première structure industrielle spatiale soit fonctionnelle en orbite. Et ce sera peut-être des satellites hybrides ( charge utile utilisant un système intégré de mini-centrale solaire spatiale ) qui seront les premier utilisé.

Mais ce qui est le plus important, c'est que de tel systèmes de production d'énergie, n'émet pas de gaz à effet de serre, et qu'il ne produit pas de déchets radioactif ou chimique. Et qu'il pourrait être un outil clé, pour tendre vers un développement plus durable. Pour permettre la croissance de la civilisation humaine, tous en diminuant le coût écologique, d'une tel croissance…


Critique et commentaire
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Richard Gauthier
inventeur